De seks vanligste feilene ved bruk av vakuumboostere og hvordan de kan unngås

Vakuumboostere er avgjørende i bruksområder der det kreves høy pumpekapasitet og lavt trykk, som matvarepakking, belegg, metallurgi og lekkasjesøk. Selv små feil i oppsett eller drift kan imidlertid føre til kostbar nedetid, skade på utstyret eller fullstendig svikt. I denne artikkelen vil vi utforske de seks vanligste feilene som gjøres ved betjening av en vakuumbooster, og hvordan de kan overvinnes.

1. Ikke tillat avkjølingstid før sluttrykk nås

Det anbefales alltid å la en vakuumbooster kjøle seg ned mellom drift ved maksimal trykkforskjell og drift ved sluttrykk. Maksimal trykkforskjell oppstår under evakueringssyklusen og genererer mest varme. Som et resultat øker temperaturen plutselig, noe som reduserer avstanden mellom rotoren og huset. Ved sluttrykk er nesten alle gasser fjernet. Lobene roterer med svært høy hastighet, men det er minimal – eller til og med null – gassgjennomstrømning. Dette betyr at varmen ikke kan forsvinne raskt gjennom gassen og overflaten på huset. Hvis det foretas gjentatte sykluser med utilstrekkelig avkjølingstid, har ikke lobene lenger nok plass til å dreie på grunn av den reduserte avstanden, og boosteren setter seg fast. I ekstreme tilfeller kan dette føre til totalsvikt.

2. Feil temperatursvingninger

Plutselige kraftige reduksjoner i omgivelsestemperaturen under drift, spesielt ved sluttrykk, kan være kritisk for en booster. Termisk sjokk fører til at huset trekker seg sammen mens lobene fortsatt er varme. På samme måte som hvis utilstrekkelig avkjølingstid tillates, reduseres den nødvendige avstanden mellom huset og lobene, noe som fører til at vakuumboosteren setter seg fast. For å unngå termisk sjokk bør operatøren unngå å åpne dørene i nærheten av vakuumboosteren plutselig, spesielt om vinteren når temperaturforskjellene kan være høye. I tillegg må boostere som er plassert utendørs beskyttes mot regn med et tak eller en baldakin.

Det må også utvises ekstrem forsiktighet i tilfelle brann. Hvis slukkevann rettes mot vakuumboosteren, kan huset sprekke. Dette er spesielt viktig for boostere med hus i grått støpejern. Sfærisk støpejern, med sin høyere materialstyrke, er bedre egnet til å tåle slike termiske svingninger.

3. Tillater plutselig innstrømning av væske

Væskeinnstrømning er en risiko i prosesser som involverer kondenserbar damp, våte gasser, væske som overføres eller termisk syklus. Dette inkluderer bruksområder som vakuumdestillasjon og dampgjenvinning. Små mengder væske kan fordampes raskt og enkelt på grunn av vakuumet som genereres av forvakuumpumpen og vakuumboosteren – under vakuum senker det reduserte trykket væskens kokepunkt, noe som gir rask fordampning selv ved lavere temperaturer. Men hvis store mengder væske plutselig strømmer fra prosessen inn i vakuumpumpene, kan det oppstå problemer. Denne plutselige væsketilførselen kan ha samme effekt som reduksjoner i lufttemperaturen, noe som fører til bråkjøling og til slutt ødelegger boosteren. Den ekstra mengden væske kan ikke fordampes raskt nok, og trykket på forvakuum-siden kan stige til for høye nivåer, noe som kan forårsake problemer som overoppheting, fastkjøring eller mekanisk skade. For å forhindre at denne typen situasjon oppstår, bør en mottaker, for eksempel en væskeseparator, plasseres mellom prosesskammeret og vakuumboosteren slik at væsken fjernes før den når boosteren.

4. Manglende overholdelse av riktig forhold mellom booster og forvakuumpumpe

I bruksområder som krever syklustider på bare noen få sekunder, som lastlåser med rask syklus, må operatøren sikre at trinnforholdet – forholdet mellom pumpekapasiteten til vakuumboosteren og forvakuumpumpen – er lite, for eksempel 2:1. Trinnforholdet definerer systemets pumpe-nedetid, energiforbruk, totale kostnader for utstyret, utstyrets fotavtrykk og varmen som genereres under drift. Høyere trinnforhold er mulig, men på bekostning av syklustiden, og derfor velges trinnforholdet med tanke på kravene til bruksområdet.

For et lite lastelåskammer som de som brukes til å overføre halvlederskiver, kan dette for eksempel bety en pumpekapasitet på 500 m³/h for boosteren og 250 m³/h for forvakuumpumpen. Grunnen til dette er at gassen fra atmosfæren til rundt 100 hPa (mbar) har den høyeste tettheten og inneholder det største antallet molekyler som skal fjernes, så selv lav pumpekapasitet er tilstrekkelig. Dette området evakueres primært ved hjelp av forvakuumpumpen. Men etter hvert som trykket faller, faller også antallet molekyler per liter, så for å fjerne molekyler med en nyttig hastighet kreves det mye høyere pumpekapasitet i form av en booster. Forvakuumpumper er konstruert for å håndtere tett gass og store trykkforskjeller, men ikke høy volumstrøm. Boostere er derimot optimalisert for å flytte store volumer av svært tynn gass, og har derfor høyere pumpekapasitet.

Under 100 hPa (mbar) øker vakuumboostere systemets volumstrøm betydelig, og når maksimal gjennomstrømning under 10 hPa (mbar). Derfor må forvakuumpumpen ha riktig størrelse slik at den effektivt kan nå et trykk på 100 hPa (mbar). Feil størrelse på forvakuumpumpen kan ha flere negative konsekvenser: For det første vil en liten forvakuumpumpe øke syklustiden, noe som vil påvirke produktiviteten i bruksområdet negativt og potensielt forårsake defekter eller lavere produktkvalitet. For det andre vil energiforbruket også øke etter hvert som vakuumpumpene arbeider hardere for å oppnå de ønskede vakuumnivåene. Og til slutt øker den ekstra belastningen slitasjen på både vakuumboosteren og forvakuumpumpen, noe som fører til økt behov for vedlikehold og tilhørende kostnader.

5. La støv og smuss samle seg

Visse prosesser, som metallurgi og trekking av krystaller, genererer betydelige mengder partikler og støv. Det anbefales derfor å installere støvfiltre på innløpssiden for å beskytte både vakuumboosteren og den nedstrømsliggende vakuumpumpen. Dette forhindrer at rusk kommer inn i vakuumpumpene og forårsaker skade i kompresjonskammeret, noe som ellers kan føre til redusert effektivitet, økt behov for vedlikehold og avbrytelser i prosessen.

I tillegg bør det installeres inntakssiler ved inntaket til vakuumboosteren for å hindre at større partikler kommer inn. Dette beskytter også mot sveiseperler som kan løsne fra sveiseskjøtene i rørene. Det anbefales å bruke inntakssiler levert av produsenten av vakuumpumpen for å sikre at det frie tverrsnittet samsvarer med vakuumpumpens nominelle inntaksdiameter. Dette sikrer at pumpekapasiteten ikke reduseres på grunn av tap av konduktans. Hvis nettingen har en mindre åpning enn vakuumpumpens nominelle diameter, reduseres gassgjennomstrømningen. Som et resultat reduseres den effektive pumpekapasiteten. Bruk av nettingskjermer designet av pumpeprodusenten sikrer at åpningen er stor nok til at vakuumpumpens ytelse ikke reduseres.

6. Manglende sikring av lekkasjetetthet ved håndtering av kritiske gasser

Ved pumping av kostbare, rene gasser som helium-3 eller helium-4, må utveksling med omgivelsesluft unngås. Disse gassene er svært verdifulle og brukes ofte i bruksområder som krever svært høye renhetsnivåer. Selv små mengder kontaminering forårsaket av luftinntak kan påvirke gassens kvalitet og effektivitet betydelig i disse bruksområdene.

Høy lekkasjetetthet er derfor avgjørende for vakuumpumpen, med lekkasjegrader under 10^-5 (mbar) l/s. Akseltetninger kan noen ganger være et problem i denne sammenhengen: de kan utvikle lekkasjer etter hvert som de slites. Derfor anbefales vakuumpumper med permanentmagnetkoplinger i stedet for konvensjonelle akselgjennomføringer.

Det er også mulig å bruke en vakuumbooster med lukket motor. En lukket motor omslutter rotoren i en hermetisk forseglet boks, noe som eliminerer behovet for eksterne akseltetninger og dermed potensielle lekkasjer. Men siden den lukkede motoren er utviklet for en bestemt vakuumpumpe, må service utføres utelukkende av produsenten av vakuumpumpen. Magnetkoplinger tillater derimot bruk av standard, mer kostnadseffektive motorer.

Konklusjon

Riktig vedlikehold og drift er avgjørende for å maksimere effektiviteten og levetiden til en vakuumbooster. Ved å følge beste praksis, slik som å tillate avkjølingstid før sluttrykk nås, unngå plutselige temperatursvingninger, opprettholde riktig forhold mellom vakuumbooster og forvakuumpumpe, forhindre væskeinnstrømning, installere støvfiltre og sikre lekkasjetetthet ved håndtering av kritiske gasser, kan operatører redusere risikoen for utstyrsfeil og nedetid betydelig.

Å forstå disse vanlige feilene og implementere anbefalt praksis vil ikke bare forbedre ytelsen til vakuumboosteren, men også bidra til sikrere og mer økonomiske industrielle prosesser.